智能化控制在涂装车间节能中的应用

智能化控制在涂装车间节能中的应用

薛晖 孙礼松 王斌

上汽大通汽车有限公司无锡分公司 江苏省 214100

摘要：为解决汽车制造涂装车间高能耗、低效率的问题，本文以上汽大通涂装生产线为例，对智能化控制技术在节能降耗中的应用进行研究。通过分析焙烧系统、通风换热系统及非生产时段辅助设备运行特性，提出基于实时状态识别与数据驱动调度的控制策略，实现能源按需供给与动态优化。在多车型混线与颜色定制化生产背景下，构建柔性能源响应机制，提升系统适配能力。同时，依托数字化车间协同平台，实现能耗数据闭环管控与策略联动。研究结果验证了智能控制技术在节能减排、生产柔性与系统可靠性方面的综合优势，以期为汽车制造企业开展绿色低碳升级工程提供实践参考。

关键词：智能化控制；涂装车间节能；应用

引言

汽车制造行业正面临节能减排与绿色转型的双重压力，涂装车间因其能源密集型特点成为关键治理对象。上汽大通在智能制造与定制化生产的推进下，对涂装工艺中的能源利用效率提出更高要求。如何在保障多车型、高切换率生产节拍稳定的前提下，有效降低能源浪费，成为技术优化的重要方向。智能化控制技术为传统能源系统注入决策逻辑与动态调节能力，为涂装环节节能提供了可行的系统解决路径。

1.涂装车间能耗构成与智能节能的必要性分析

1.1 涂装工艺流程及主要能耗环节

汽车涂装工艺通常包括电泳、电泳烘干、中涂喷涂、中涂烘干、面漆喷涂、面漆烘干及清洁与流平等多个工序，各阶段对热能、电能和压缩空气的依赖程度较高。其中，电泳槽体恒温控制与干燥炉的连续运行构成主要能耗来源，占总能耗比重超过60%。此外，喷涂工序需维持洁净空气流速，风机系统长期高负荷运转，对能耗水平影响显著。色漆更换频繁带来的换线清洗也伴随大量去离子水、压缩空气及废气处理能耗，构成间接能源损耗。整个流程运行周期长、节拍稳定性要求高，对能源调度的智能化与精准化提出更高要求[1]。

1.2 上汽大通涂装车间能耗现状评估

上汽大通涂装车间在面向V80、D90、T60等多平台车型及高频次颜色定制订单的条件下，涂装设备运行呈现多品种、小批量、高切换特性，导致设备空转时间普遍偏高。统计数据显示，中涂、面漆、清洗、烘干等环节的非生产时段设备启停不及时，导致能耗冗余。尤其在喷涂清洁与换线阶段，传统的批量控制模式未能实时响应节拍变化，能源调度存在明显滞后。此外，通风系统与泵类设备长期以固定频率运行，未根据车间实际负荷进行动态调节，能源利用效率偏低，亟需系统性升级改造以提升整体能效水平。

1.3 智能化控制技术引入的可行性

上汽大通涂装车间已具备较完备的信息化与自动化基础，涂装设备普遍支持PLC可编程控制器、HMI人机交互界面及传感器状态采集，具备实施智能化能源管理系统的硬件条件。MES系统的广泛部署为生产节拍、订单管理与能耗调度之间建立数据闭环提供支持。同时，各主要设备节点均可接入工业以太网，实现数据传输实时化与分布式控制逻辑自定义。在此基础上，通过引入智能控制算法与场景化启停策略，可有效实现按需供能、精准调度及最优负载匹配，提升设备运行效率，降低无效能源消耗。

2.智能化控制技术在涂装车间的节能应用路径

2.1 焙烧/加热系统智能启停机制

焙烧系统作为涂装工艺中的核心能耗模块，热源以天然气为主，维持干燥室在设定温度范围内长时间运行。为降低系统空转能耗，上汽大通引入基于车身识别与工艺节拍的智能启停机制。通过部署RFID车辆识别模块与红外状态检测传感器，实现车身入炉与出炉实时监控，联动PLC控制单元对燃烧器进行区域性分组调控。焙烧室分区点火控制技术可根据车间节拍变化动态调整点火段数，从而精准响应车辆通过状态。以中涂烘干炉为例，实施智能启停后非生产时段燃气消耗由每小时90Nm3降至38Nm3，单段节能率达57.8%。该系统可同步接入MES平台实现能耗数据闭环分析，形成预测式调度机制，显著提升能源利用效率。

2.2 通风与换热系统的智能调节策略

涂装车间内通风与热交换系统主要负责维持喷涂环境的洁净度、恒温与气流稳定性，长期以高频恒速模式运行导致能源浪费严重。上汽大通通过安装变频风机与智能阀控设备，引入闭环控制策略，构建基于环境参数反馈的智能调节系统。进风段集成温湿度、气压与VOC浓度采集模块，并与冷源与热源模块形成热负荷动态响应逻辑。在冬季典型工况下（外界温度2℃，目标进风温度20℃），系统根据实时热负荷需求将风量由定值4.5万m3/h调整至2.8万m3/h，同时降低蒸汽换热器负载约34%。在喷房区，采用区域自适应调节技术，依据作业状态自动调整循环风门与过滤风机频率，实现工况匹配与局部过供抑制，系统整体节能效率提升超过28%[2]。

2.3 非生产时段的设备调度控制

非生产时段如夜班、周末及换线准备期间，涂装设备的持续运行导致大量无效能耗，尤其在水泵、风机与加热系统中表现突出。上汽大通通过构建基于时间维度与状态识别的双通道设备调度控制模型，对非工况区段设备实施自动降功率或停机逻辑。以电泳槽循环泵系统为例，非生产期间维持最低运行频率由50Hz降至30Hz，单台泵功耗由45kW降至20.2kW，节能比达55.1%。此外，配合节假日生产计划表导入，PLC程序自动切换至“节能模式”，并调用能耗基准曲线实现异常报警与偏差调节。系统还支持对变频驱动设备设定多档运行模式，使冷却泵、排风机等关键设备在无需满负荷时段精确控制运行频率，保障能源按需供应，整体用能效率提升显著。

3.上汽大通定制化生产背景下的智能控制适配性分析

3.1 多车型混线生产对控制系统提出的要求

上汽大通涂装线需同时支持V80、T90、V90等多个车型平台在同一产线混线生产，不同车型在车身尺寸、涂层厚度与节拍容差方面存在显著差异，直接对节能控制系统的实时响应性与柔性适配能力提出更高要求。控制系统必须具备多车型识别能力及动态工艺参数调度逻辑，确保涂装路径在不同作业区段无缝衔接。针对中涂与面漆段落，采用多级触发机制联动启闭燃烧器、变频通风与清洗模块，以实现精准配能。例如在同一生产节拍内，两种车型间节能控制逻辑切换响应延迟控制在0.8秒以内，确保系统稳定性与节能连续性，避免因工艺参数失配引起能耗突增或生产节拍扰动。

3.2 多样化颜色订单对节能管理的挑战与对策

上汽大通涂装生产线平均每日需处理超过20种颜色切换任务，定制化订单比重超过38%，颜色频繁更换显著增加清洗能耗、废气处理负荷及辅助资源损耗。在此背景下，节能管理面临显著挑战，尤其体现在溶剂清洗系统与废气燃烧系统的高频启停带来的能源波动。为应对上述问题，系统引入色漆更换提前预判模块与喷房换线智能联动逻辑。当系统识别即将切换至相邻颜色体系时，自动优化喷枪清洗路径与频率，缩短非喷涂时间段25%以上；同时，结合VOC浓度预测模型动态调节RTO设备的燃烧强度与通风负载，实现污染物治理与能效控制同步最优化。该策略在实际运行中年均节约天然气约18.6万Nm3。

3.3 数字化车间协同平台的支撑作用

在上汽大通的智能涂装工厂中，数字化车间平台作为节能控制系统的中枢神经，承载着数据整合、任务调度与能耗闭环反馈的关键功能。平台基于工业物联网架构，将车身位置、设备状态、环境参数及能耗数据实时汇聚至数据总线，并通过MES系统进行任务派发与运行策略联动。在节能管理中，该平台通过多层决策模块实现分区域动态负载分析、能效KPI对比评估与策略优化迭代。以清洗系统为例，平台可依据订单结构与排产节奏自动调整清洗水流量与清洁气压，动态压缩辅助资源需求曲线，较传统方式节能率提升近31.4%。同时，通过HMI界面可视化监控与故障预警功能，显著提升系统运行稳定性与响应时效[3]。

4.结语

总而言之，智能化控制技术在涂装车间节能管理中展现出显著优势。通过对加热系统、通风系统及辅助设备运行策略的动态调节，能效水平得以系统性提升。在多车型混线与高频颜色定制的生产环境下，智能化控制不仅保障了工艺稳定性，还实现了能源供给的按需响应与精准匹配。基于数字化协同平台的调度机制，使得能源使用过程更加透明、灵活与高效。智能控制已成为涂装工艺绿色转型的重要驱动力，是推动汽车制造向高质量发展迈进的关键技术支撑。

参考文献

[1]朱越明.涂装车间送排风系统智能一体化控制的研究与实施[J].科技视界,2025,15(06):77-80.

[2]刘超,林宣乐.智能化绿色涂装车间发展方向探讨[J].现代涂料与涂装,2023,26(06):60-63.

[3]秦勇,李宝玉,陈壮.汽车涂装车间智能化能源管理实践[J].电镀与涂饰,2021,40(10):803-808.